Мои поделки: Лабораторный БП +-5, +-12 VDC (выходы под "банан" и molex), со встроенными амперметром и балластом (переделан из компьютерного AT) [лето 2011]

Лабораторный блок питания — это сердце радиоэлектронной мастерской. Именно «сердце» — потому что оно гонит ток по проводам и даёт энергию, необходимую «для жизни» любому электронному устройству.



В идеале, для большинства применений, в домашней мастерской достаточно иметь «двухканальный регулируемый блок питания», а лучше два «одноканальных регулируемых»… Но также, хорошо иметь и отдельный нерегулируемый блок питания на стандартные ходовые напряжения (чаще 5V и 12V, реже 3.3V и 9V DC) — чтобы не занимать, на простое питание цифровой платы, полноценный регулируемый лабораторный БП (который тогда можно использовать параллельно, для других важных экспериментов). Также, в цепях фиксированного питания — удачно использовать именно нерегулируемый блок питания, потому что он жёстко стабилизирован на определённом номинале напряжения, и его случайно не собьёшь или по недосмотру не установишь на неподходящий вольтаж — что приводит к выгоранию ценной схемы (жалко)…

Хорошо, если такой нерегулируемый блок питания будет обладать запасом мощности по току. И очень хорошо, если он достанется практически задаром. Всё это очень хорошо вписывается в концепцию повторного использования отслужившего своё компьютерного блока питания, с минимальной его до[пере]делкой.

Далее, будет много фоток (все кликабельны и ведут на полноразмерное изображение)...

За основу «лабораторного нерегулируемого БП» можно взять AT или ATX блок питания.
Преимуществами ATX перед AT являются:
  • Их сейчас легче достать (фактически, все магазины и мусорники ими завалены, поскольку это сейчас очень ходовые устройства) и они очень разнообразны по мощности и качеству исполнения.
  • В ATX БП присутствует также мощный выход на +3.3VDC, что расширяет функционал.
Но ДЛЯ НАС недостатками ATX перед AT являются:
  • Наличие в ATX «дежурного режима», из-за которого такие блоки питания нельзя просто так включить/выключить — необходимо дополнительно переделывать схему управления (это несложно, конечно, но факт).
  • А также, считается, что ATX блоки питания хуже работают без балластной нагрузки (фактически, все импульсные БП требуют нагрузки для выхода на режим; но есть версия, что некоторые ATX даже не включаются без нагрузки, хотя я таких не встречал).


Совершенно случайно, мне удалось достать старый кондовый AT блок питания SevenTeam ST-200WHN мощностью 200W (от 086 или ещё более древнего компьютера). Хороший бренд SevenTeam (Тайвань) обеспечил надежные комплектующие и добротную сборку (хотя все электролиты, за давностью лет, конечно пришлось перепаять). А корпус необычной формы, сделанный из миллиметровой нержавеющей стали (обрабатывать было трудновато) — позволил проявить творчество и сделать из типовой железки действительно красивый (и удобный) настольный прибор.

Осмотрим блок питания снаружи




  • На передней панели, гнёзда под банан (6шт.) расположены на таком интервале и в таком порядке, чтобы в них технически можно было воткнуть стандартную радиовилку (или обычную силовую вилку) — в советское время такие разъёмы были популярны… Разумеется, эти гнёзда ещё лучше подходят под все типы штекеров «банан» (не только кондовые советские, но и под современное китайское барахлецо).
  • Для удобства и универсальности, общая шина «Земля» выведена параллельно на два гнезда: для 5V и 12V групп.
  • Встроенный Амперметр установлен в разрыв общей шины — и таким образом, суммирует общее потребление по каналам +5V и +12V. Хотя при этом, конечно, потребление по шинам -5V и -12V вычитается из показаний — но оно незначительно мало (максимум до 0.5А на канал), и вообще, эти каналы редко используются. Шкала амперметра градуирована на 15А (была возможность установить до 20А, но детальность тогда бы снизилась, а большие токи очень редко используются) — это разумный выбор.
  • Плавкий Предохранитель также установлен в разрыв общей шины, и рассчитан на максимально разумное суммарное потребление по силовым каналам (сейчас установлен предохранитель на 20А*).
    *Важное замечание по эксплуатации: Внимание! Поскольку Предохранитель установлен в разрыв общей шины, его использование предполагается только в режиме одноканального БП — для дополнительной защиты, при питании большой нагрузки от шины +5VDC ИЛИ +12VDC…
    При эксплуатации БП в многоканальном режиме (при использовании одновременно нескольких любых каналов) — Предохранитель необходимо заменить на заглушку-жучок — в этом случае, для защиты от перегрузки, будет работать только стандартная электронная защита, встроенная в компьютерный БП AT //описанная на стр.51, книги «Кучеров Д.П. — Источники питания ПК и периферии (4-издание) [СПб, изд.Наука и Техника,2005]»)!
  • Замечу, что встроенный балласт установлен на +5V канал, и также учитывается встроенным амперметром.



  • Мастер-тумблер питания, с неоновой подсветкой (красной), двухполюсный — расположен на левой стенке прибора сверху, и установлен таким образом, чтобы его очень удобно (эргономично) было включать большим пальцем правой руки. Положите правую ладонь сверху на крышку прибора — правый палец сам ложится на тумблер питания, как на курок. Щелчок движением от себя — включает прибор, на себя — выключает. (Замечу, что таким же образом я расположил тумблер питания и на своей паяльной станции Lukey...)
  • Этикетка напоминает нам что это за прибор, и основные режимы его работы. (Замечу: этикетка распечатана на обычной бумаге на струйном принтере, а сверху вскрыта и приклеена к корпусу обычным широким скотчем.)





  • На задней стороне расположены стандартные компьютерные разъёмы питания (входной и транзитный выходной), под силовой кабель 220V.
    • Замечу, что двухполюсный тумблер питания, в выключенном положении, разрывает оба входных силовых канала с высоким напряжением 220V — полностью обесточивая прибор. Выходной разъём (типа «мама») также обесточивается тумблером питания.
    • Третий контакт «защитной земли» — на обоих разъёмах соединён и накоротко замкнут на металлический корпус прибора. (По ПУЭ, этот контакт, конечно, не разрывается никакими тумблерами, ни в какой ситуации.)

  • Назад выходит также выхлоп охлаждающего вентилятора.
  • И самое интересное — панель управления балластом: тумблер подключения балласта (обычно он всегда включён) и дополнительно, светодиодный индикатор (горит, если балласт подключен).
    • Расположена эта панель эргономично продуманно: тумблер переключается указательным или средним пальцем правой руки (от себя — вкл.; к себе — откл.), протянутой с правой стороны от прибора, стоящего на столе лицом к оператору.
    • Замечу, что в холостом режиме, при отключении встроенного балласта (когда блок питания не выходит на рабочий режим из-за недостаточной нагрузки) — напряжение в выходных шинах может значительно снизиться от номинальных (например, в +12V канале снижается аж до 10.77V). Поэтому встроенный балласт обычно всегда подключен. Возможность управляемого отключения балласта была введена лишь на случай, когда блок питания будет эксплуатироваться на предельной нагрузке — тогда «лишние» 1.5А, уходящие в балласт, оказываются уже далеко «не лишними».





  • Выходные каналы +5V и +12V выводятся не только на «гнёзда под банан» на передней панели прибора, но также и на стандартные компьютерные разъёмы Molex: для 5.25" (3шт.) и 3.5" (2шт.) устройств — это наследие компьютерного БП...
  • Все провода располагаются в нише, образованной специфической формой корпуса, и фиксируются хомутом-липучкой. (На фотографии мы видим: что в походном положении, силовой кабель питания также сворачивается и прекрасно укладывается в этой нише — чтобы не мешал.)





Снизу к корпусу прибора приделаны резиновые ножки: чтобы прибор не скользил по столу, не царапал поверхность, и для обеспечения дополнительной электрической изоляции (между корпусом прибора и металлическими проводящими поверхностями, на которые он может быть установлен при работе).

Вот как выглядит блок питания в работе


На фотографии, блок питания показан в самом интересном ракурсе — заднем, где видны индикаторы режима работы (БП включён, балласт подключён).

А теперь заглянем внутрь (вскрытие)

Общий вид, расположение узлов



Вид на плату сверху (элементы):



Вид на плату снизу (дорожки):



Монтаж ножек корпуса





Встроенный Балласт

Сразу бросается в глаза необычная конструкция: балластная нагрузка, состоит из блока 8шт. резисторов по 33Ом 5Вт, включенных параллельно (получается: 4.125Ом, с номинальной рассеиваемой мощностью до 40Вт — что в 6раз больше требуемого, с запасом)



Балласт монтируется внутри корпуса, над электронной платой блока питания (тёплый воздух поднимается вверх и, таким образом, не оказывает влияния на работу электронных компонентов) и также охлаждается вентилятором:



Органы управления балластом — вид изнутри:



А вот, вид изнутри на силовой мастер-тумблер питания и на разводку входного разъёма питания:



Конструкция блока питания спроектирована так, что все электрические шины — разъёмные (и входные, и выходные). Таким образом, электронная плата монтируется в корпус без пайки (может многоразово извлекаться для диагностики и ремонта, с помощью только отвёртки)!



Передняя панель изнутри: монтаж выходных «гнёзд под банан», держателя предохранителя, и разъёмы подключения амперметра…



Белые тонкие провода от амперметра — идут к силовому шунту, включенному в разрыв «общей шины», припаянному непосредственно к электронной плате (сам шунт выпаян из дохлого DT830):



В целом, плата сбоку выглядит так: разъём входного питания 220VAC; шунт амперметра; пучок проводов низковольтных выходных каналов DC…



За пучком разноцветных выходных проводов — спрятался разъём охлаждающего вентилятора (таким образом, все подключаемые к плате провода снабжены разъёмами)



Подстроечный резистор, для регулировки выходного напряжения

Изначально, по замыслу проектировщиков, здесь стоял простой постоянный резистор, с фиксированным номиналом (и ничего не регулировалось).

Но затем, похоже во время ремонта или наладки, какие-то кустарные мастера влепили сюда советский трёхножечный переменный резистор (фотки нет). Но влепили на соплях, потому что по формфактору он туда никак не лез — так и привесили его на двух ногах из трёх, с нижней стороны платы, боком чтобы не коротнул соседние дорожки (благо, что под низом платы есть свободное пространство). В общем, в конце концов, это безобразие отвалилось, отломав походу и контактные площадки и часть дорожки…

Поэтому, дорожки на плате мне пришлось восстановить. А идея с переменным подстроечным резистором — понравилась и была воплощена, но более аккуратно, красиво и безопасно:





Послесловие

Ещё можно рассказать о множестве вещей:
  • Как я пришёл к такой конструкции?
  • Как подбирал встроенный балласт?
  • Как настраивал выходные напряжения? (на самом деле, они не равны номинальным 5V и 12V, а в пределах допусков +-5%, что декларируется стандартом ATX)
  • Как калибровал шунт амперметра? (О, это была самая хитрая задачка! Потребовалось собрать тестовую нагрузку, ровно на ток 15А — цепочки из 10W резисторов по 0.1Ом… Но она быстро перегревалась и номиналы плыли — Штирлиц действовал быстро, очень быстро (10-15сек на итерацию)… А где взять эталонный амперметр, если все бытовые и даже почти все профессиональные мультиметры — измеряют только до 10А? Хе-хе, но я и это преодолел, запараллелив два бытовых, и в уме складывал показания на скорость!.. И наконец, как припаять провода к шунту, не нарушив выбранной настройки? Верная рука и удача… :) В итоге, получилось довольно точно, для такой шкалы и цены деления.
  • и ещё множество других мелочей...


Но пожалуй, тут я остановлюсь, потому что разговор этот бесконечный — невозможно всё припомнить и рассказать. Если интересно — спрашивайте…
  • +3
  • 18 марта 2013, 08:31
  • Celeron
  • 3

Комментарии (46)

RSS свернуть / развернуть
А не сильно шумит то?
0
Вы имеете в виду электронный шум (нестабильность выходного напряжения) или обычный звуковой шум? Всё в пределах нормы, не хуже обычного компьютерного ATX блока питания…

Звуковой шум — даже потише многих современных будет: как у ХОРОШЕГО компьютерного БП с большим низкооборотистым вентилятором (тихий рокот и шум ветра). А так как вентилятор выходит назад, к стенке — то не дует на оператора и не шумит в ухо (этот момент тоже, в своё время, продумывался)…
0
не, именно voltage ripple. Понятно, что не хуже компьютерного БП, но в большинстве случаев они довольно сильно шумят, плюс выходное напряжение имеет достаточно большой допуск. Не замеряли значения непосредственно на выходе?
0
Чтобы не быть голословным — провёл исследование в рабочем режиме (из нагрузки, подключен только «встроенный балласт»)… Значимых пульсаций не замечено:

Осциллограмма канала +5VDC
Осциллограмма канала +5VDC

Осциллограмма канала -5VDC
Осциллограмма канала -5VDC

Осциллограмма канала +12VDC
Осциллограмма канала +12VDC

Осциллограмма канала -12VDC
Осциллограмма канала -12VDC

Сравните эти выходные напряжениями с допусками по ATX-стандарту — всё ок.
0
Да уж, воистину развернутый ответ, спасибо)
0
Без нагрузки у осциллограмм нет информативности, так что надо бы нагрузить.
0
Резисторы нагрузки, переложенные спичками — это круто ;-)
0
  • avatar
  • Resp
  • 18 марта 2013, 09:23
Резисторы нагрузки, переложенные спичками — это круто

Мне это напомнило связку TNT.
+1
0
Еще один хохмач на ресурсе?
Щас быстро заминусуют обоих.
-4
Резисторы нагрузки, переложенные спичками — это круто
Надо было бы переложить кусочками китайских палочек — это было бы по-Феншую и в общей, так сказать, Global струе пр-ва electronic stuff.
-2
Стоит добавить, что 40 Вт такая сборка вряд ли выдаст — резисторы друг друга греют. Впрочем, от нее и требуется-то 7 Вт, можно было двумя резюками обойтись.
0
Ко мне в ЛС поступил вопрос от читателя: «Здравствуйте! подскажите пожайлуста, как Вы подбирали балласт для бп?» Ответ опубликую здесь, для всех:

Краткий ответ: Экспериментально.

Сначала экспериментально определил какой именно канал следует нагрузить, чтобы БП вышел на режим (+5V или +12V, или в каналы отрицательных напряжений, или сразу несколько каналов надо нагружать)?.. /*Что значит «БП не вышел на режим»? Это проявляется в том, что он выдаёт пониженные напряжения (мощность) на выходах.*/ Эксперимент показал, что нагрузка в отрицательных каналах — совсем не нужна (они маломощные), не влияет. Нагрузка только в +12V канале — чуток влияет, но недостаточно: даже если сильно нагрузить ТОЛЬКО этот канал, то БП всё равно не выходит на режим… А если только чуть-чуть нагрузить +5V канал — так сразу заводится и выходит на режим: выдаёт номинальные напряжения на выходы! (Так я понял, что управление обратной связью в нём реализовано от +5V канала… И только туда нужен балласт.)

Далее, также экспериментально, определил минимальную нагрузку (т.е. минимальный ток из +5V канала), которую нужно обеспечить, чтобы БП ГАРАНТИРОВАННО вышел на режим (т.е. с небольшим запасом). Так я получил максимальное сопротивление нагрузки, максимальный ток через неё, и соответственно, рассчитал рассеиваемую мощность на ней (тепло которое будет выделяться впустую, и которое надо отводить).

Я приложил Файлы своих черновиков, в топике: «Расчёт Балластной Нагрузки (черновик).zip», «Расчёт Индикаторного Светодиода (черновик).zip», «Расчёт Шунта Амперметра (черновик).zip»
Это для иллюстрации хода моих мыслей…

Но предуплеждаю! Это важно! Балласт, конструктивно, необходимо исполнять так, чтобы его номинальная рассеиваемая мощность была гораздо больше (в несколько раз, со значительным запасом), чем реальная рассеиваемая мощность, которую будет прокачивать БП. Это потому, что «номинальная можность резистора», написанная на нём (скажем, на 5W или 10W) — требует чтобы резистор был расположен обособленно, вокруг было пространство для охлаждения, и при этом он всё равно будет греться, порой, до 100градусов и выше! Цементный корпус резистора это позволяет… но подумайте каково будет окружающим компонентам конструкции и удобство пользования?

Мой первый вариант конструкции балласта — также был скручен из связки параллельных резисторов, но меньших размеров, с худшей теплоотдачей — и очень сильно грелся (я не только обжёг себе пальцы несколько раз, но он сильно вонял, плавил оплётку подводящих проводов, не помогала даже упаковка во фторопласт… пожароопасно)!!! В общем, эксперименты и мозговой штурм привели меня к такой необычной конструкции: «Связки, типа TNT, переложенной спичками», ориентированной вертикально и под вентилятором.
0
Какой канал грузить — зависит от блока. Старые были рассчитаны на основную нагрузку по линии +5В и по этой же линии их надо грузить (характерный признак — допустимый ток по линии 12В порядка 8-12А и менее, выпускались года до 2005-2007). Современные рассчитаны на нагрузку по +12В. Характерный признак — способность выдать 70-100% мощности по линии +12В, разделенные линии +12В с нагрузкой до 18А на линию у мощных блоков (более 300Вт).
0
а какую линию нужно нагружать нагружать бп FSP ATX-300GTF 300W По линии +5V — 30 A, а по +12V — 13 A
0
5В, судя по параметрам. Возможно обе.
0
А какие резисторы и сколько мне нужно?
0
5 Вт, 5 Ом и более. В параллель сколько потребуется, чтобы запускалось и выдавало напряжения в пределах допусков. А вообще — как у автора.
0
Кстати, эти спички вместе с резисторами — ещё и проклеены ПВА в жёсткую фиксированную конструкцию, чтобы не соскользнули. Без клея — связка ёрзала и спички постоянно выпадали. Намучился, пока сообразил… :)
0
чем фотографировали?
0
Фотки внешнего вида (собранного блока питания) — фотографировал дешёвой цифровой мыльницей Nikon Coolpix L23. Что интересно: при хорошем освещении, получилось довольно хорошее качество. А малое разрешение, зернистость, песок и другие артефакты — скрылись очень малым разрешением фоток, поддерживаемым этим сайтом (здесь допускается всего 720px в ширину).

Фотки внутренностей (вскрытие) — делались в другое время, и уже серьёзным профессиональным фотоаппаратом Canon EOS 60D.

И конечно, представленные фотографии — это не первые сразу удавшиеся кадры! Снималась целая серия фотографий: до десятка на каждый кадр. Затем, фотки тщательно пересматривались (выбиралась лучшая из серии) и обрабатывались (в основном, только художественно кадрировались; но в некоторых случаях, ещё применялась и цветокоррекция). Например, фотография «Органы управления балластом — вид изнутри» получилась слишком тёмной (место неудачное) — её пришлось прогнать через фильтр, устраняющий тени — поэтому там цвета на такие неестественные.

Свет — тоже специально подбирался. Было несколько светильников… (Например, на последней фотографии использован «рисующий свет» — для выделения синенького подстроечного резистора на плате.) Ещё в конструкции много блестящих металлических частей — с бликами трудно было бороться…
0
Именно фотки внутренностей и поразили качеством — на которых пылинки видно. У меня похожее качество получаются только с линзами (мыльница за 100). Правда без штатива и освещания, но в последнее время все больше убеждаюсь — качество фотки это напрямую качество освещения.

0
Добавил к каждой фотке — полноразмерное изображение (все фотки теперь кликабельны).
Теперь на них можно рассмотреть все артефакты и дефекты съёмки. :) Но основная причина в другом: т.к. многие фотки полухудожественные — то они производят совсем другое впечатление, при разглядывании их на полном экране… Осторожно: файлы имеют большое разрешение и вес!
0
столько написать про простой компутерный бп? это постараться надо
кстати лет 10 назад у меня был такой как раз
почему был? потому что как-то его провода замкнулись несколько раз и вылетели транзисторы
кажется я потом ездил за ними, т.к. бп еще не были ширпотребом и имело смысл отремонтировать его
но что-то замена транзисторов не привела его в чувство и я выкинул его

купил лабораторный линейник и забил на эти поделки уродливые
кстати без стабилизатора тока
+1
Да, у меня также есть линейный лабораторный регулируемый БП «AXIOMET AX-3005D» (одноканальный, до 30В 5А, со стабилизатором тока) — очень полезен. Но одно другому не мешает…
0
кал, первый раз от тебя годные слова!
+1
нет, просто ты только прокачался до того уроня, чтобы понимать мои слова
0
стрелочний амперметр цифровым не думали заменить? например LCD+MC связка, тогда можно будет отображать ток и напряжение, и даже мощоность потребления) но это все как кому нравиться)
0
  • avatar
  • Nemo
  • 18 марта 2013, 15:47
а так сделано очень акуратно и красиво!
0
Предохранитель, в общем проводе, да в двуполярном БП, да ещё и в БП с несколькими положительными напряжениями — неодобряю. Вы не думали что произойдет при перегорании предохранителя?

P.S.: Заглядывая под кат, ну ни как не ожидал увидеть тонны фоток. Всё же принято это отмечать до ката.
+2
Нескомпенсированный шунт в земле — тоже не лучшая идея. Хотя, в принципе, его сопротивление сравнимо с сопротивлением проводов.
0
Предохранитель, в общем проводе — неодобряю.
Да, недочёт.
0
Задокументировал этот баг — теперь это фича! :)))
+1
корпус из миллиметровой нержавеющей стали
А зачем блоку питания корпус из дорогого материала — нержавеющей стали?
Дополнительно можно проверить обычным магнитом.

Все органы управления должны быть на передней(лицевой) стороне. Рокерные переключатели и индикацию балласта можно поставить на лицевую сторону, да и место внутри БП для них есть.
0
Уж тест магнитом стопудово пройдет. Вот тест на ржавление не всегда проходят. Возможно, там просто покрытие — ржавеют они таки крайне неохотно.
Переключатели можно оставить как есть, а вот индикатор на жопе — просто гениальное решение.
+1
Проверил сильным магнитом — чуток прилипает к корпусу (как треть усилия от обычной стали). Но пилился он очень тяжело, по сравнению с обычной чёрной сталью с покрытием, или тем более по сравнению с алюминием (есть опыт). Так что там использована какая-то марка нержавейки. Раньше так делали, когда компы ещё не были ширпотребом…

Все органы управления должны быть на передней (лицевой) стороне.
При проектировании интерфейса [например ПО], второстепенные органы управления нередко выносят в отдельные окна или под спойлеры — ради эргономики. Я решил сделать так же.
Причины такого решения: Индикаторный светодиод горит ярко (но цвет мне понравился) — пусть он стену освещает, а не в глаз. А трогать переключатель балласта нужно очень редко — обычно он всегда включён. Да и вообще, убрал с передней панели всё лишнее...
0
Так что там использована какая-то марка нержавейки. Раньше так делали, когда компы ещё не были ширпотребом…
Вообще, и сейчас примерно такой же материал используется. Даже китайцами. Вот толщина его — это уже другой вопрос…
0
А на нишу можно примонстрячить крышку, пыли меньше с проводов сметать и выглядеть будет более кубически.
0
Ну почему? Почему вместо того чтобы написать
напряжение
вы используете
вольтаж
Почему?
+1
Это синонимы. А использовать по тексту всё время одно слово «напряжение» — не звучит…
ВОЛЬТА́Ж, -а, муж. Устарелое название напряжения электрического тока.
Синонимы: напряжение
//Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949-1992.
0
а где подробное видео установки ножек в корпус?
0
Запланировано на следующую итерацию… ;)
0
Так расписать про комповый БП! Да еще и фотки на зеркалку, да еще по 10 штук и с обработкой! Да вы, батенька, эстет!
+2
В умелых руках даже мыльница превращается в зеркалку.
+1
вы других трудов автора, видимо, не читали — это даже не лёгкая эротика, а так, сосок через майку показали
0
Хорошая шутка! ;-D
0
Автор топика запретил добавлять комментарии